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          頻譜諧波時(shí)效設備
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          VSR-100頻譜諧波時(shí)效設備

          作者:admin    發(fā)布時(shí)間:2022-07-29 17:16     瀏覽次數 :


                  一、概    述
                  金屬構件在機械加工過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生導致尺寸精度和穩定性降低的殘余應力,目前普遍采用熱時(shí)效和傳統振動(dòng)時(shí)效(即亞共振時(shí)效)消除殘余應力。每噸工件熱時(shí)效費用至少500元,消耗180千克標準煤,排放410千克二氧化碳和13千克二氧化硫。這樣一個(gè)成本高、能耗大、污染嚴重的傳統工藝竟然沿用至今。而傳統振動(dòng)時(shí)效噪音大、振型單一、效果欠佳、處理范圍受限、操作繁瑣、操作者需有豐富的工藝經(jīng)驗,特別對于高剛性、高固有頻率的工件更是傳統振動(dòng)時(shí)效的禁區。
          頻譜諧波時(shí)效技術(shù)是通過(guò)傅立葉分析方法對金屬工件進(jìn)行頻譜分析,找出工件的幾十種諧波頻率,從中優(yōu)選出效果最佳的五種不同振型諧波頻率進(jìn)行處理,達到多維消除殘余應力的目的,提高尺寸精度及穩定性,防止其變形、開(kāi)裂,廣泛應用于機械制造業(yè)金屬工件鑄、鍛、焊以及機加后的殘余應力消除和均化。頻譜諧波時(shí)效技術(shù)的時(shí)效周期短,工件尺寸穩定性比傳統技術(shù)提高了 30%-50%,抗載荷變形能力提高 30% 以上,并且能夠節約 95% 以上的能源,這非常符合目前綠色制造的要求。與傳統技術(shù)相比,頻譜諧波時(shí)效技術(shù)節約了成本與時(shí)間,為客戶(hù)創(chuàng )造了價(jià)值。
                 VSR-智能頻譜消除應力系列產(chǎn)品徹底根除了傳統振動(dòng)時(shí)效的頑疾,使振動(dòng)時(shí)效能夠更好的替代熱時(shí)效,在民用、軍工等諸多企業(yè)應用獲得成功,并攻克各重要領(lǐng)域關(guān)鍵結構件變形等一系列工藝難題,實(shí)現了工業(yè)綠色制造,為國家節能減排做出重大貢獻。
          該技術(shù)是在原有振動(dòng)時(shí)效技術(shù)上的提高和突破,通過(guò)傅立葉分析和蝶形算法,不需全范圍掃頻,在100 Hz內尋找低次諧波,然后用合適的能量在多個(gè)諧波頻率振動(dòng),引起高次諧波累積振動(dòng),產(chǎn)生多方向動(dòng)應力,與多維分布的殘余應力疊加,造成塑性屈服,從而降低峰值殘余應力,同時(shí)使殘余應力分布均化。該技術(shù)不論工件的大小、固有頻率及剛度高低、何種材質(zhì),均能找出5種不同振型的諧波峰,不受激振器轉速范圍限制,對激振點(diǎn)和拾振點(diǎn)無(wú)特殊要求,能夠處理亞共振無(wú)法處理的高剛度、高固有頻率的工件,能夠滿(mǎn)足對尺寸精度要求高的工件,振動(dòng)噪聲低,在機械行業(yè)的覆蓋面達到100%。
                 二、頻譜諧波振動(dòng)時(shí)效消除應力的機理
          對于振動(dòng)過(guò)程的機理,國內外已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作,取得以下的共識。振動(dòng)就是對金屬構件施加周期性的作用力(動(dòng)應力R動(dòng))。在振動(dòng)過(guò)程中,施加到金屬構件各部分的動(dòng)應力R動(dòng)與內部殘余應力R殘疊加,當疊加幅值大于金屬構件的屈服極限Rs,即R動(dòng)+R殘Rs時(shí),這些點(diǎn)晶格滑移,產(chǎn)生微小的塑性變形,達到釋放殘余應力的目的。從微觀(guān)上看,頻譜諧波振動(dòng)時(shí)效就是給金屬構件提供機械能,使約束金屬原子復位的殘余應力釋放,加快金屬原子回復平衡位置的速度。從金屬物理學(xué)上看,頻譜諧波振動(dòng)時(shí)效的過(guò)程,實(shí)質(zhì)上是金屬材料內部晶體位錯運動(dòng)、增殖、塞積和纏結的過(guò)程。由于金屬材料存在位錯,所以在構件內部產(chǎn)生的交變動(dòng)應力與內部的殘余應力相互疊加,在應力較高的區域,就可產(chǎn)生位錯滑移,出現微小塑性變形。位錯滑移是單向進(jìn)行線(xiàn)性累積的,當微應變累積到一個(gè)宏觀(guān)量,金屬組織內殘余應力較大處的位錯塞積得以交替開(kāi)通,局部較大殘余應力得以釋放,構件宏觀(guān)內應力隨之松弛,使殘余應力的峰值下降,改變了構件原有的應力場(chǎng),最終使構件的殘余應力降低并重新分布,使較低的應力達到平衡。位錯塞積后造成位錯移動(dòng)受阻,從而強化了基體,提高了構件抗變形能力,使構件的尺寸精度趨于穩定。
                  三、頻譜諧波振動(dòng)時(shí)效功能優(yōu)勢
          頻譜諧波振動(dòng)時(shí)效使用傅立葉(DFT)快速算法對工件進(jìn)行采樣、量化、低通濾波、加窗處理,使用離散傅立葉變換(DFT)對數據進(jìn)行分析,在100HZ內尋找各個(gè)頻率下的低次諧波 ,利用計算機及其接口電路執行軟件程序,進(jìn)行頻譜分析,求諧波分量并加以排隊,加窗及求取最高密度窗,求取占窗數,計算出一組最佳頻率組合。然后用合適的能量在每個(gè)諧波頻率振動(dòng),引起高次諧波累積振動(dòng),產(chǎn)生多個(gè)方向的動(dòng)應力,與多維分布的殘余應力相疊加,使工件產(chǎn)生微觀(guān)塑性屈服,從而降低和均化工件內部殘余應力,達到穩定工件尺寸精度的目的。
                 (一)其獨特優(yōu)勢功能:
          1、采用頻譜分析諧波處理技術(shù),解決了傳統振動(dòng)時(shí)效因激振器頻率范圍限制而不能對高剛性高固有頻率工件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理的難題,從而大幅度地提升了振動(dòng)時(shí)效產(chǎn)品在機械制造業(yè)的應用面,使振動(dòng)時(shí)效完全替代熱時(shí)效有了可能。
          2、對所有工件都可分析出內部的諧波頻率,優(yōu)選處理效果最佳的5種振型頻率,2種備選頻率,從而解決了傳統振動(dòng)時(shí)效產(chǎn)品對殘余應力呈多維分布、精度要求高的結構復雜工件無(wú)法處理的難題。多方向多振型動(dòng)應力與工件內部多維殘余應力充分疊加,使處理效果遠遠優(yōu)于熱時(shí)效和傳統振動(dòng)時(shí)效。
          3、設備高度集成智能化,完全能夠自動(dòng)尋找、優(yōu)化、選定振動(dòng)時(shí)效工藝參數,對激振點(diǎn)、支撐位置、信號采集位置無(wú)特殊要求,對工藝方案完全靠設備自動(dòng)制定而無(wú)需人為參與,從而對操作者要求很低,保證不同操作者使用而獲得相同的工藝效果。
          4、由于采用6000rpm以下的低頻諧波,振動(dòng)噪音很小,大大降低了工作現場(chǎng)的噪音污染,為實(shí)現工業(yè)生產(chǎn)的綠色制造又向前邁進(jìn)了一步。
          5、減少了掃頻時(shí)間,節省了能源消耗,減少了振動(dòng)時(shí)效設備本身的損耗。
          6、提高了對小型工件判峰的準確性。
                   (二)該設備具有以下特點(diǎn):
          1、以windows XP為系統平臺,功能強大,擴展無(wú)限,圖形界面超人性化設計,時(shí)尚簡(jiǎn)約。系統集成以下功能模塊:頻譜智能、頻譜設定、亞共振智能、亞共振設定、亞共振手動(dòng)、振動(dòng)焊接。
          2、對激振器位置、拾振點(diǎn)、支撐點(diǎn)位置無(wú)特殊要求。
          3、工藝定型功能
          系統頻譜分析、數據采集、優(yōu)化選擇7個(gè)頻率后,可直接停機(不處理任何頻率)或者時(shí)效處理完畢后,保存當前的7個(gè)振動(dòng)頻率,在下次處理同一工件或同樣工件的時(shí)候,可以直接調用保存的7個(gè)頻率進(jìn)行時(shí)效處理,而不需要經(jīng)過(guò)數據采集、頻譜分析。
          4、振動(dòng)頻率精調功能:
          時(shí)效過(guò)程中,可通過(guò)按“點(diǎn)升”或“點(diǎn)降”鍵改變當前時(shí)效頻率,在上升或下降過(guò)程中,通過(guò)觀(guān)察加速度值的變化,當達到最佳效果時(shí),停止調整,以當前頻率進(jìn)行時(shí)效處理。此功能還可以當振動(dòng)強度或工作電流比較大的情況下,降低振動(dòng)強度或工作電流,以保護系統并提高激振器使用壽命。
          5、數據動(dòng)態(tài)保存功能:
          在時(shí)效處理時(shí),設備因斷電、電流過(guò)載等原因中止時(shí),系統可自動(dòng)把已經(jīng)處理完畢的數據保存在1 個(gè)臨時(shí)文件中。當重新啟動(dòng)機器后,可找到臨時(shí)文件,以新的文件名保存、打印或繼續進(jìn)行時(shí)效處理。
          6、高效、嚴格的數字信號處理,無(wú)需進(jìn)行全程掃描,即可得到相應的峰值,并可自動(dòng)確定最佳的振動(dòng)頻率組。
          7、當系統瞬間電流超過(guò)電機額定電流,但小于系統最大保護電流時(shí),系統依然能夠正常工作。
          8、加裝高精尖設備需要的電源濾波器,防止工作電流受干擾波動(dòng)時(shí)設備造成損傷。
          9、電機驅動(dòng)電路采用穩壓控制電路,電機工作中電流波動(dòng)小、電機運行平穩;消除了電流脈沖產(chǎn)生的尖音,噪音低;電機長(cháng)時(shí)間工作時(shí),溫升小、可靠性高,延長(cháng)了電機使用壽命。
                  (三)、質(zhì)量保證:
          1、產(chǎn)品制造標準:JB/T5925.2-1998《機械式振動(dòng)時(shí)效裝置技術(shù)條件》。
          2、產(chǎn)品驗收標準:JB/T10375-2002《焊接構件振動(dòng)時(shí)效工藝參數選擇及技術(shù)》、《振動(dòng)時(shí)效工藝參數選擇及技術(shù)》及中華人民共和國兵器行業(yè)標準WJ2696-2008《裝甲車(chē)輛振動(dòng)消除應力技術(shù)要求》。
          3、所有產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量管理體系嚴格按照ISO9001:2008標準執行。
          4、設備電氣控制和低壓電氣元件均采用知名企業(yè)產(chǎn)品,簽訂長(cháng)期供貨合同,批量采購,進(jìn)廠(chǎng)后進(jìn)行嚴格的老化、檢驗篩選,確保質(zhì)量。
          5、每塊電路板經(jīng)過(guò)防潮、防塵、防水處理,保證硬件系統可靠性。
          6、每臺設備經(jīng)過(guò)高低溫、震動(dòng)、大電流拉載、過(guò)載電流沖擊等實(shí)驗,保證整體設備在各種環(huán)境下的可靠性、穩定性。
          7、機箱采用獨特散熱設計,保證設備在大電流工作下穩定性。
          8、關(guān)鍵部件通過(guò)特殊方式安裝、固定,避免運輸中由于碰撞造成接觸不良。
                 四、軟件功能介紹
          1.頻譜模式
          1.1頻譜諧波模式無(wú)需全程掃描,自動(dòng)淘汰亞共振頻率,振動(dòng)頻率為6000rpm以下,超低噪音,綠色環(huán)保。
          1.2先進(jìn)的頻譜分析技術(shù),可從數十種諧波頻率中自動(dòng)優(yōu)選5個(gè)頻率和2個(gè)備選頻率進(jìn)行時(shí)效處理。
          1.3百種工件,一種工藝,解決了高剛性、高固有頻率等工藝難題。
          1.4對工件實(shí)現多維多振型處理,處理效果明顯優(yōu)于傳統亞共振時(shí)效和熱時(shí)效。
          1.5 "文件處理系統"可移動(dòng)到任何一臺PC機上,隨時(shí)備份、顯示、打印處理時(shí)效數據曲線(xiàn);
          1.6可存儲每一種時(shí)效過(guò)工件的參數曲線(xiàn)數據,再次時(shí)效同類(lèi)工件時(shí)可直接調用進(jìn)行時(shí)效處理。
          1.7全程實(shí)時(shí)監控電流、加速度等運行值,如過(guò)載自動(dòng)停機以保護設備。
          1.8可手動(dòng)循環(huán)精調時(shí)效頻率。
          2.亞共振模式
          2.1中國首臺亞共振設備誕生地,經(jīng)典傳承。
          2.2任意設定區間,掃描后自動(dòng)分析判峰,制定最佳時(shí)效點(diǎn)進(jìn)行時(shí)效處理。
          2.3多種亞共振模式,時(shí)效工藝科學(xué)、人性化。
          3.振動(dòng)焊接模式
          邊振邊焊,減少焊接變形,減少焊縫夾渣、氣泡,改善焊液流動(dòng)性,極大提高焊接質(zhì)量,減少焊接殘余應力,提高構件加工精度和尺寸穩定性。
                 五、硬件配置介紹 
          控制箱:
          1、高檔合金機箱,最新電磁屏蔽技術(shù),防止因干擾造成信號波動(dòng)、失真;配有獨特雙通道風(fēng)冷散熱系統,機箱散熱良好;
          2、軍工級防水鍵盤(pán),超清晰15寸工業(yè)A級液晶屏,隨機動(dòng)態(tài)曲線(xiàn),圖形時(shí)效數據清晰明了;
          3、主機采用進(jìn)口專(zhuān)業(yè)設計的工業(yè)級便攜式計算機,具有超快數據運算、處理能力;
          4、進(jìn)口工業(yè)級計算機主板,支持Intel Pentium D(雙核處理器)、Pentium4、Celeron D等主流處理器;支持IDE或SATA接口的硬盤(pán);
          5、Intel公司原裝中央處理器(CPU),主頻:1.66Ghz;
          6、主板內存2G,最大支持4G;
          7、Intel固態(tài)硬盤(pán)60G,可大量存儲各種工件的處理資料、曲線(xiàn)、圖表等,以便隨時(shí)查閱;
          8、人機操作界面:鍵盤(pán)和鼠標;
          9、4個(gè)USB端口,方便用戶(hù)通過(guò)移動(dòng)硬盤(pán)或U盤(pán)備份數據;
          10、高速多通道A/D數據板,保證了數據采集高速、準確、有效;
          11、下位機采用高性能微處理器,具有頻率精調功能,穩頻精度達±1rpm;
          12、先進(jìn)穩波數字電路設計,電氣特性平穩、無(wú)電氣噪音;
          13、硬件配置可由顧客任意選配,系統功能模塊化設計,系統可以隨時(shí)升級;
          14、德國西門(mén)康IGBT主回路技術(shù),自主設計的吸收電路模塊,使系統更加穩定、安全可靠;
          15、可標配任何PC打印機,高清快速打印時(shí)效曲線(xiàn)圖表等數據;
          16、加速度值按國家標準在規定范圍內進(jìn)行校訂,以保證振動(dòng)強度。
          激振器: VSR100-C型
          1、唯獨我公司自行制造的振動(dòng)時(shí)效專(zhuān)用激振器由上海交通大學(xué)大學(xué)專(zhuān)家特殊設計,我公司規?;a(chǎn),采用4碳刷設計,原裝進(jìn)口軸承;
          2、電機采用稀土永磁材料,具有高導磁性能、磁損小、永不退磁、體積小、重量輕、扭力大、溫升低、噪音小、壽命長(cháng),并設有防塵保護,避免粉塵及雜物吸入造成電機短路,具有良好的穩態(tài)工作性能,使用壽命10年以上;
          3、電機采用專(zhuān)業(yè)設計的無(wú)源永磁脈沖測速系統,反饋信號標準、規范、穩定,測速更精準,避免了光耦式反饋測速系統易損壞的難題;
          4、穩頻精度:±1rpm
          5、額定轉速:1000-8000rpm
          6、額定功率:1500W
          7、最大激振力:0-35KN(可處理重量30噸左右工件)
          8、保護電流:15A
          9、加速度測量范圍:0~125 m/s2
                六、設備工作環(huán)境 
          電    源:交流220V±10%、50Hz應可靠接地;
          環(huán)境溫度:
          控制器:-5℃~50℃
          激振器:-15℃~50℃
          七、適應材料
          可廣泛應用于材質(zhì)為碳素結構鋼、低合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、有色金屬(銅、鋁、鋅及其合金)等鑄件、鍛件和焊接件的時(shí)效處理。
           
          附件:1
          頻譜諧波振動(dòng)時(shí)效與傳統振動(dòng)時(shí)效對比表
           
                時(shí)效方式
          項目
           
          頻譜諧波時(shí)效
           
          傳統振動(dòng)時(shí)效(亞共振)
           
          時(shí)效原理
           
          使用離散傅立葉變換(DFT)對數據分析,在100HZ內尋找各個(gè)頻率下的低次諧波 ,利用計算機及其接口電路執行軟件程序,進(jìn)行頻譜分析,求諧波分量并加以排隊,加窗及求取最高密度窗,求取占窗數,計算出一組最佳頻率組合。然后用合適的能量在每個(gè)諧波頻率振動(dòng),引起高次諧波累積振動(dòng),產(chǎn)生多個(gè)方向的動(dòng)應力,與多維分布的殘余應力相疊加,使工件產(chǎn)生微觀(guān)塑性屈服,從而降低和均化工件內部殘余應力,達到穩定工件尺寸精度的目的。
           
          用激振器對工件施加周期性外力,通常在1000—12000轉速范圍內對工件進(jìn)行掃頻,當施加外力的頻率與工件固有頻率相同時(shí),產(chǎn)生共振,找出能使工件產(chǎn)生共振的固有頻率,然后在共振頻率的亞共振區對工件施加振動(dòng),使產(chǎn)生的動(dòng)應力與工件內部殘余應力相疊加,使工件發(fā)生微觀(guān)塑性屈服,從而降低和均化殘余應力。
           
          應用范圍
           
          無(wú)限制(可處理任何工件)
           
          有限制(對高剛性、高固有頻率的工件無(wú)能為力)
           
          工作噪音
           
          在諧振頻率下振動(dòng),且在6000rpm以下,噪音很小。
           
          在共振頻率下振動(dòng),大部分能量被用于工件宏觀(guān)振動(dòng),振動(dòng)強烈,噪音很大。
           
          時(shí)效工藝
           
          對拾振點(diǎn)、激振點(diǎn)、支撐點(diǎn)無(wú)特殊要求,所有工藝參數均由設備自行選取,不受人為影響,效果恒定。
           
          操作者需有豐富的經(jīng)驗,往往需多次調整拾振點(diǎn)、激振點(diǎn)、支撐點(diǎn)的位置,憑經(jīng)驗選取工藝參數,處理效果受操作者技能影響。
           
          時(shí)效效果
           
          5種以上多振型多方向與殘余應力相疊加,效果很好。
           
          由于振型單一,效果欠佳。
           
          振    型
           
          至少5種
           
          在激振器掃頻范圍內很少,超出掃頻范圍沒(méi)有。
           
          標    準
           
          中華人民共和國兵器行業(yè)標準WJ2696-2008《裝甲車(chē)輛振動(dòng)消除應力技術(shù)要求》。
           
          機械行業(yè)標準JB/T5926-2005《振動(dòng)時(shí)效效果評定方法》。
           
           

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